исследование свойств композиционного материала на основе

XХ Международная научно-практическая конференция «СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ»
Секция 8: Физические методы в науке и технике
ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА
НА ОСНОВЕ ГИДРОКСИАПАТИТА И ПРИРОДНОГО ПОЛИМЕРА
С.А. Мельникова, 2О.А. Гурова
Научный руководитель:2Е.А. Зеличенко, к.т.н., 1Б. С. Зенин, к.ф-м.н., доц.
1
Томский политехнический университет, 634050, г. Томск, пр. Ленина,30,
2
СТИ НИЯУ МИФИ, г. Северск, пр. Коммунистический, 65.
E-mail: bosezen@tpu.ru
В настоящее время
важнейшей задачей
гидроксиапатита и природного полимера, а так же
медицинского
материаловедения
является
исследовать
структуру
и
морфологию
разработка и технология получения материала,
поверхности образцов.
химический и фазовый состав которого
Для
создания
композита
использовали
обеспечивал бы оптимальные условия для
ультрадисперсный биологический гидроксиапатит
восстановления и замены поврежденной кости.
(ГА),
полученный
из
костей
Имплантат в виде (активного) источника
сельскохозяйственных животных. В качестве
необходим для построения элементов костной
связующего органического матрикса применяли
ткани, так чтобы первоначально осуществлять
природный полимер. Исследуемые образцы
опорную функцию [1,2].
получены путем активного перемешивания
Только за последние 30 лет использовано
порошка ГА и полимера в определенных
более 40 различных материалов для лечения,
соотношениях.
Исследования структуры и элементного
восстановления и замены более 40 различных
состава проводили с помощью сканирующего
частей человеческого тела, включая кожные
электронного микроскопа высокого разрешения
покровы, мышечную ткань, кровеносные сосуды,
JSM-7500FA с разрешением до 1 нм. Плотность
нервные волокна, костную ткань [1]. Правильный
определяли
гидростатическим методом на
подбор
материала,
являющегося
аналитических
весах
TYP
WA
–
33.
формообразующим элементом и клеточным
Микротвердость измеряли на установке ПМТ–3.
субстратом при создании биоискусственных
Особенностью биологического ГА является
органов, – основа успеха заместительной терапии
стабильный сбалансированный микроэлементный
[3].
состав, характерный для костного минерала [3],
Цель настоящего исследования – изучить
что подтверждают результаты элементного
физические
и
механические
свойства
анализа, представленные в таблице 1.
композиционного
материала
на
основе
1
Таблица 1. Элементный состав композиционных материалов на основе ГА и природного полимера
Хим.Эл. ГА/П O
Ca
Р
Mg
Si
S
Cl
K
Na
Zn
Σ
Обр.№1 60/40 36.84 19.92 16.41 5.93
2.85 0.29
6.94
1.08
3.76
5.98
100.00
Обр.№5 95/5
46.84 12.68 12.79 5.76
4.01 3.00
2.83
1.50
8.11
2.48
100.00
Исследуемые образцы получены простым
формованием: № 1,5 в виде таблеток, а № 2,3 в
виде стержней. Образец № 4 получен методом
прессования под давлением Р = 2.03 10
(Рисунок 1).
5
Па.
Рис. 1. Макроструктура исследованных образцов
Из рисунка 1 видно, что исследуемые
композиты пористы и неоднородны.
На рисунке 2 представлены графики
зависимости плотности и микротвердости от
процентного содержания полимера.
Из рисунка 2(а) видно, что микротвердость
образцов повышается с увеличением количества
связующего органического матрикса.
Такое поведение микротвердости хорошо
согласуется с зависимостью плотности от
количества полимера.
Анализ рисунка 2(б) показывает, что с
увлечением содержания полимера плотность
материала возрастает. Вероятно, это связано с
пористой структурой материала, то есть чем
больше полимера, тем в большей степени
заполняется пространство между частицами ГА.
25
XХ Международная научно-практическая конференция «СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ»
Секция 8: Физические методы в науке и технике
2.00
80.00
70.00
p, g/cm3
H, kg/mm2
1.90
60.00
50.00
1.80
40.00
1.70
30.00
20.00
30.00
0.00
40.00
10.00
20.00
30.00
40.00
Àmount of polymer%
Amount of polymer %
а)
Рис. 2. Результаты исследования образцов: а) микротвердость; б) плотность
Структура образцов № 1 и № 5 представленная
на микрофотографиях (рисунок 3, 4) показывает,
что исследуемые образцы представляют собой
б)
среднепористый материал с высокой удельной
поверхностью и средним размером пор близким к
3 мкм.
Рис. 3. Микрофотографии образца №1, выполненные при различном увеличении: а) х1000, б) х2000,
в) х5000, г) х10000
Рис. 4. Микрофотографии образца №5, выполненные при различном увеличении: а) х1000, б) х2000,
в) х5000, г) х10000
Наблюдаемая поверхность имеет высокую
степень шероховатости, величина которой
понижается с увеличением относительной доли
вводимого количества полимера (образец №1 –
40%, образец №5 – 5%).
Выводы:
Результаты
сканирующей
электронной
микроскопии объясняют образование адгезионных
связей, где полимер выступает в качестве
клеящего компонента в композите.
Исследуемый
композиционный
материал
обладает
высокой
пористостью
и
шероховатостью, что является одним из главных
условий формирования хорошей адгезии для
костного имплантата. Соотношение компонентов
в исследуемом материале влияет на физикомеханические свойства получаемого композита,
что позволяет решать различные задачи
применения предлагаемого материала.
Таким образом, данный материал может быть
использован для образования новой костной
ткани, так как его компоненты по химическому
составу близки к составу материала костей.
Список литературы:
1. Путляев В.И. Современные биокерамические материалы // Соросовский образовательный
журнал - 2004. - Т. 8 - №1. - С.44-50.
2. Сафронова Т.В., Путляев В.И. Медицинское неорганическое материаловедение в России:
кальцийфосфатные материалы // наносистемы: физика, химия, математика – 2013. - 4 (1). - С. 24–47.
3. Зеличенко Е.А. Разработка защитных биосовместимых керамических
и полимерных
покрытий на поверхности титана: Дис. на соиск. уч. ст. кандидата тех. наук – Северск, 2011
26